Rayleigh- og Brace- eksperimenterne var eksperimenter udført i 1902 og 1904 for at vise, om afkortning af længden fører til dobbeltbrydning eller ej. Disse var blandt de første optiske eksperimenter til at måle den relative bevægelse af Jorden og den lysende æter , og var nøjagtige nok til at detektere andenordens mængder i v / c . Resultaterne var negative, hvilket var af stor betydning for udviklingen af Lorentz-transformationerne og dermed relativitetsteorien . Se også Eksperimentel verifikation af speciel relativitetsteori .
For at forklare det negative resultat af Michelson-Morley-eksperimentet introducerede George Fitzgerald (1889) og Hendrik Lorentz (1892) længdekontraktionshypotesen , ifølge hvilken kroppen trækker sig sammen under sin bevægelse gennem en fast æter .
Lord Rayleigh (1902) fortolkede denne kompression som mekanisk kompression, hvilket skulle resultere i optisk anisotropi af materialer, så forskellige brydningsindekser skulle forårsage dobbeltbrydning . For at måle denne effekt placerede han et 76 cm langt rør på en drejeskive. Røret blev lukket i enderne med glas og fyldt med kulstofdisulfid eller vand, og væsken var mellem to Nicol-prismer . Gennem væsken blev lys (udstrålet af en elektrisk lampe og, endnu vigtigere, af lyset fra projektører ) sendt frem og tilbage. Forsøget var nøjagtigt nok til at måle forsinkelsenen6000fra halvdelen af bølgelængden , det vil sige omkring 1,2⋅10 -10 . Afhængig af retningen i forhold til Jordens bevægelse var den forventede deceleration på grund af dobbeltbrydning i størrelsesordenen 10 −8 , hvilket var helt i overensstemmelse med eksperimentets nøjagtighed. Ud over forsøgene fra Michelson-Morley og Troughton-Noble var dette således et af de få eksperimenter, hvorved det var muligt at påvise mængder af anden orden i v/c. Resultatet var dog helt negativt. Rayleigh gentog forsøgene med lag af glasplader (omend med en 100 gange reduceret nøjagtighed) og fik igen et negativt resultat [1] .
Disse eksperimenter blev imidlertid kritiseret af DeWitt Bristol Brace (1904). Han hævdede, at Rayleigh ikke korrekt redegjorde for virkningerne af kompression ( 0,5⋅10-8 i stedet for 10-8 ) såvel som brydningsindekset, så resultaterne var ikke afgørende. Derfor udførte Brace eksperimenter med meget større nøjagtighed. Han brugte et apparat, der var 4,13 m langt, 15 cm bredt og 27 cm dybt, som var fyldt med vand og kunne rotere (afhængigt af forsøgstypen) omkring en lodret eller vandret akse. Sollys blev rettet ind i vandet gennem et system af linser, spejle og reflekterende prismer og reflekteret 7 gange, så det rejste i alt 28,5 m. Der blev således observeret en forsinkelse i størrelsesordenen 7,8⋅10 -13 . Brace fik dog også et negativt resultat. En anden forsøgsopstilling med glas i stedet for vand med en nøjagtighed på 4,5⋅10 -11 viste heller ingen tegn på dobbeltbrydning [2] .
Fraværet af dobbeltbrydning blev oprindeligt fortolket af Brace som en tilbagevisning af længdekontraktion. Lorentz (1904) og Joseph Larmor (1904) viste imidlertid, at når kontraktionshypotesen understøttes, og den fulde Lorentz-transformation anvendes ( det vil sige inklusive tidstransformationen), kan det negative resultat forklares. Desuden, hvis relativitetsprincippet antages at være sandt fra begyndelsen, som i Albert Einsteins særlige relativitetsteori (1905), så er resultatet ganske klart, eftersom en observatør i ensartet translationel bevægelse kan betragte sig selv i hvile, og vil derfor ikke opleve nogen effekt af egen bevægelse. Afkortningen af længden kan således ikke måles af en kommende observatør og skal suppleres med en tidsudvidelse for ikke-samarbejdsvillige observatører, hvilket efterfølgende også blev bekræftet af Troughton-Rankins (1908) eksperimenter og Kennedy-Thorndikes forsøg. (1932) [3] [4 ] [A 1] [A 2] .
| Eksperimentel verifikation af speciel relativitetsteori | |
|---|---|
| Hastighed/Isotropi | |
| Lorentz invarians |
|
| Tidsudvidelse Lorentz kontraktion |
|
| Energi |
|
| Fizeau/Sagnac | |
| Alternativer | |
| Generel |
|